CN104075970A - 一种带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,包括:粉尘仪用于监测环境中烟气的粉尘浓度并测得粉尘浓度值;温压流探头,包括温度计、压力计、流速计和公共探头,温度计、压力计、流速计均与公共探头相连,并分别通过公共探头探测对应信号;吹扫箱用于采用压缩空气对粉尘仪进行不间断吹扫,以及对S型皮托管进行间歇式吹扫;工控机用于对温度信号和压力信号进行A/D转换以生成对应的温度值和压力值,并根据差压信号获取对应的流速值,以及根据粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值计算环境中烟气的粉尘排放量;分析机箱,所工控机安装于分析机箱内。本发明可以使得整个系统长时间稳定运行,降低了电气故障概率。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域,特别涉及一种带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统。
背景技术
在进行环保监测时,环保部门要求对烟尘进行在线监测。现有的烟尘进行在线监测系统存在以下问题:
(1)仅仅在原有烟气在线监测系统改造,这种改造难度大,机柜占地大且成本高,原有系统控制部分需要较多修改,技术难度高;
(2)没有带自动吹扫系统,导致故障率高,系统维护量大;
(3)仅仅对烟尘浓度进行监测,设备成本低,但是不能对粉尘实际排放量进行统计、计算;
(4)机柜安装在室外,会增加进水导致的电气故障概率。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此,本发明的目的在于提出一种带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,该系统可以使得整个系统长时间稳定运行,降低了电气故障概率。
为了实现上述目的,本发明的实施例提供的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,包括:粉尘仪,用于监测环境中烟气的粉尘浓度并测得粉尘浓度值;温压流探头,包括温度计、压力计、流速计和公共探头,所述温度计、压力计、流速计均与所述公共探头相连,并分别通过所述公共探头探测对应信号,其中,所述温度计用于通过所述公共探头监测环境中烟气的温度并生成温度信号,所述压力计用于通过所述公共探头监测环境中烟气的压力并生成压力信号,所述流速计包括S型皮托管和差压变送器,用于通过所述公共探头监测环境中烟气的差压并生成差压信号;吹扫箱,所述吹扫箱安装于所述S型皮托管和差压变送器中间,用于采用压缩空气对所述粉尘仪进行不间断吹扫,以及对所述S型皮托管进行间歇式吹扫;工控机,所述工控机与所述粉尘仪、所述温压流探头和所述吹扫箱相连,用于对所述温度信号和压力信号进行A/D转换以生成对应的温度值和压力值,并根据所述差压信号获取对应的流速值,以及根据所述粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值计算环境中烟气的粉尘排放量;分析机箱,所工控机安装于所述分析机箱内。
在本发明的一个实施例中,所述压力计采用压力变送器。
在本发明的又一个实施例中,一级控制电磁阀,所述一级控制电磁阀与吹扫箱总阀和粉尘仪反吹阀相连,压缩空气通过吹扫箱总阀进入吹扫箱,并进一步通过粉尘仪反吹阀向所述粉尘仪不间断吹扫;第一和第二二级控制电磁阀,所述第一二级控制电磁阀和第二二级控制电磁阀并联连接,所述第一和第二二级控制电磁阀的一个入口分别与所述一级控制电磁阀相连,所述第一二级控制电磁阀的另一个入口与所述差压变送器的负极端相连,所述第二二级控制电磁阀的另一个入口与所述差压变送器的正极端相连,且第一和第二二级控制电磁阀的出口与所述S型皮托管相连,用于控制压缩空气和吹扫切换。
在本发明的一个实施例中,所述一级控制电磁阀为常闭电磁阀,所述第一和第二二级控制电磁阀为两位三通电磁阀。
在本发明的再一个实施例中,所述吹扫箱的底部设置有压缩空气进气口、电缆进线孔和粉尘仪吹扫口,其中所述粉尘仪吹扫口正对所述粉尘仪以对所述粉尘仪进行不间断吹扫;所述吹扫箱的侧面设置有皮托管正压孔和皮托管被压孔以连接至S型皮托管,并且所述吹扫箱的侧面进一步设置有差压变送器正极端和差压变送器负极端以连接至差压变送器。
在本发明的另一个实施例中,所述工控机根据所述粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值计算环境中烟气的粉尘排放量,包括:
S1,根据所述差压信号获取断面的一个固定点或测定线上的湿排气平均流速,根据所述湿排气平均流速和预设速度场系数Kv计算烟气平均流速
S2,根据所述温度值和压力值计算标准状态下干烟气流量Qsn,
其中,Qs为实际工况下湿烟气流量,Ba为压力值,Ps为测量得到的烟气静压值,ts为温度值,Xsw为测量得到的烟气中含湿量;
S3,根据所述粉尘浓度值和所述标准状态下干烟气流量Qsn计算每小时粉尘排放率G,
其中,C'为粉尘浓度值;
S4,根据所述每小时粉尘排放率G计算粉尘的日排放量Gd,
在本发明的另一个实施例中,所述工控机还用于存储所述粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值,并生成粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值实时曲线。
在本发明的再一个实施例中,所述工控机还包括显示屏,所述显示屏安装于所述分析机箱的前面板上,用于显示粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值的实时数据和实时曲线,并提供用户对历史数据和历史曲线的查询。
在本发明的一个实施例中,所述吹扫箱和所述分析机箱采用壁挂式安装。
在本发明的又一个实施例中,所述分析机箱上设置有运行维护按钮和吹扫按钮,其中,所述运行维护按钮和所述吹扫按钮均连接有指示灯和自锁模块。
根据本发明实施例的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,通过PLC控制二级控制阀自动实现吹扫,可以使得整个系统长时间稳定运行。并且,本发明通过工控机依据温度、粉尘浓度、压力、流速等对粉尘实际排放量进行统计和计算,提供数据采集处理软件用户界面,方便工作操作人员进行操作。此外,本发明的吹扫箱和内置工控机的分析机箱采用室内壁挂式安装,降低了进水导致的电气故障概率,机箱防护等级可达IP65标准,可用于大多数工业环境。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为根据本发明实施例的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统的结构图;
图2a至图2d为根据本发明实施例的吹扫箱的主视图、侧视图、后视图和仰视图;
图3为根据本发明实施例的吹扫箱的背板的示意图;
图4为根据本发明实施例的吹扫箱的电磁阀连接示意图;
图5为根据本发明实施例的吹扫箱的接线图;
图6为根据本发明一个实施例的工控机的PLC控制电路图;
图7为根据本发明另一个实施例的工控机的PLC控制电路图;
图8为根据本发明再一个实施例的工控机的PLC控制电路图;
图9为根据本发明实施例的工控机的监测界面的示意图;
图10a至图10e为根据本发明实施例的分析机箱的示意图;
图11为根据本发明实施例的分析机箱的背板的示意图;
图12为根据本发明实施例的分析机箱的电气控制图;
图13为根据本发明实施例的分析机箱的操作面板的示意图;
图14为根据本发明一个实施例的模块接线图;
图15为根据本发明另一个实施例的模块接线图;
图16为根据本发明一个实施例的端子接线图;
图17为根据本发明另一个实施例的端子接线图;
图18为根据本发明再一个实施例的端子接线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,本发明实施例的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,包括:粉尘仪1、温压流探头2、吹扫箱3、工控机4和分析机箱5。其中,工控机放置于分析机箱5内。
具体地,粉尘仪1用于监测环境中烟气的粉尘浓度并测得粉尘浓度值。其中,粉尘仪1采用了激光后散射原理测量得到粉尘浓度值。
温压流探头2包括:温度计21、压力计22、流速计23和公共探头。其中,温度计21、压力计22和流速计23均与公共探头相连,并分别通过公共探头探测对应信号。其中,温压流探头2可以采用就地式安装。
温度计21用于通过公共探头监测环境中烟气的温度并生成温度信号。其中,温度计21采用了Pt100温度传感器进行温度测量,生成表征烟气温度的温度信号。
压力计22用于通过公共探头监测环境中烟气的压力并生成压力信号。在本发明的一个示例中,压力计22采用压力变送器。
流速计包括S型皮托管和差压变送器,用于通过公共探头监测环境中烟气的差压并生成差压信号。
综上,烟气的温度、压力、差压测量集成在一个探头进行测量,这种方式便于安装使用。
吹扫箱3安装于S型皮托管和差压变送器中间,用于采用压缩空气对粉尘仪1进行不间断吹扫,以及对S型皮托管进行间歇式吹扫。
如图2a所示,吹扫箱3的底部设置有压缩空气进气口、电缆进线孔和粉尘仪吹扫口,其中压缩空气从压缩空气进气口进入到吹扫箱,粉尘仪吹扫口正对粉尘仪1,从而实现对粉尘仪1进行不间断吹扫。其中,吹扫用压缩空气要求无水、无油、无尘,压力控制范围在0.3-0.7MPa。
如图2b至图2d所示,吹扫箱3的侧面设置有皮托管正压孔和皮托管被压孔以连接至S型皮托管,吹扫箱3的侧面进一步设置有差压变送器正极端和差压变送器负极端,有差压变送器正极端和差压变送器负极端作为差压变送器引压接入口,以接入差压变送器。
如图3和图4所示,吹扫箱3包括:一级控制电磁阀FC1、第一二级控制电磁阀FC21和第二二级控制电磁阀FC22。其中,一级控制电磁阀FC1、第一二级控制电磁阀FC21和第二二级控制电磁阀FC22均采用支架固定,螺丝紧固。
一级控制电磁阀FC1与吹扫箱总阀和粉尘仪反吹阀相连,压缩空气通过吹扫箱总阀进入吹扫箱,并进一步通过粉尘仪反吹阀向粉尘仪不间断吹扫。
第一二级控制电磁阀FC21和第二二级控制电磁阀FC22并联连接,第一和第二二级控制电磁阀的一个入口分别与一级控制电磁阀FC1相连,第一二级控制电磁阀FC21的另一个入口与差压变送器的负极端相连,第二二级控制电磁阀FC22的另一个入口与差压变送器的正极端相连,且第一和第二二级控制电磁阀的出口与S型皮托管相连,用于控制压缩空气和样气切换,测量和吹扫切换。
图5示出了吹扫箱3接入PLC的接线图。一级控制电磁阀FC1、第一二级控制电磁阀FC21和第二二级控制电磁阀FC22在工控机的PLC控制下对S型皮托管进行间歇式吹扫,由于采用了二级控制吹扫箱,使得在进行吹扫时流速数据能够保持流速吹扫前的状态。本发明通过自带二级控制自动吹扫箱,可以使得整个系统长时间稳定运行。
其中,吹扫箱总阀、粉尘反吹阀为手动球阀,一级控制电磁阀FC1为常闭电磁阀,第一二级控制电磁阀FC21和第二二级控制电磁阀FC22为两位三通电磁阀。并且,一级控制电磁阀FC1、第一二级控制电磁阀FC21和第二二级控制电磁阀FC22均为防腐电磁阀,供电电压均为24V。
此外,吹扫箱3安装板的材料为碳钢板,且表面做镀锌喷塑处理。吹扫箱3采用前开门方式,顶部安装有防雨罩。吹扫箱3采用壁挂式安装,安装管路连接均采用φ6管路,材质为聚四氟乙烯PTFE。需要注意的是,吹扫箱3安装时,高度要比差压变送器引压口高10cm。需要说明的是,用户也可以采用手动吹扫方式,与吹扫箱3实现吹扫不冲突,可同时或择一进行。
工控机4与粉尘仪1、温压流探头2和吹扫箱3相连,用于对温度信号和压力信号进行A/D转换以生成对应的温度值和压力值,并根据差压信号获取对应的流速值,以及根据粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值计算环境中烟气的排放量。其中,工控机4安装于分析机箱5内。
图6和图7示出了一级控制电磁阀FC1、第一二级控制电磁阀FC21与工控机4的连接线路,一级控制电磁阀FC1、第一二级控制电磁阀FC21和第二二级控制电磁阀FC22在工控机的PLC控制下对S型皮托管进行间歇式吹扫,对粉尘仪不间断吹扫。图8示出了工控机的参数配置的线路图。
具体地,工控机4可以根据粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值计算环境中烟气的粉尘排放量,包括如下步骤:
S1,根据差压信号获取测定断面的一个固定点或测定线上的湿排气平均流速根据湿排气平均流速和预设速度场系数Kv计算测定断面的烟气平均流速
S2,根据温度值和压力值计算标准状态下干烟气流量Qsn,
首先计算实际工况下的湿烟气流量Qs,其中
其中,Qs为实际工况下湿烟气流量,单位m3/h;F为测定断面的面积,单位m2。
然后,根据实际工况下的湿烟气流量Qs、温度值和压力值计算标准状态下干烟气流量Qsn,
其中,Qsn为标准状态下干烟气流量,单位为m3/h;Qs为实际工况下湿烟气流量,单位m3/h;Ba为压力值,单位为Pa;Ps为测量得到的烟气静压值,单位为Pa;ts为温度值,单位为℃;Xsw为测量得到的烟气中含湿量百分比。
S3,根据粉尘浓度值和标准状态下干烟气流量Qsn计算每小时粉尘排放率G,
其中,C'为粉尘浓度值;G为颗粒物或气态污染物排放率,kg/h;Qsn为标准状态下干排烟气量,单位m3/h。
S4,根据每小时粉尘排放率G计算粉尘的日排放量Gd,
此外,工控机4还用于根据日排放量Gd累计计算月排放量,以及根据月排放量计计算年排放量Gy,其中,
工控机4内安装数据采集处理等相关软件,操作界面友好,能够实现数据的处理、存储和打印等功能,对用户技术要求低。
在本发明的一个实施例中,工控机4还用于存储粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值,并生成粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值实时曲线。并且,工控机4还包括显示屏,其中显示屏安装于分析机箱5的前面板上,用于在操作界面中显示粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值的实时数据和实时曲线,并提供用户对历史数据和历史曲线的查询,如图9所示。其中,数据采集、处理软件为组态软件二次开发,组态软件界面可显示温度、压力、流速、粉尘浓度值的实时数据和实时曲线,并且能够对这些数据进行历史数据及曲线进行查看等操作,通过外接打印机,可以将数据或者曲线打印出来;组态软件所采集到的数据可以生成国家环保要求格式的报表,该报表可以用于企业排污量统计。
图10a至图10e为根据本发明实施例的分析机箱的主视图、右视图、左视图、仰视图和后视图。
在本发明的又一个实施例中,分析机箱5为室内安装,采用壁挂式方式安装,环境较好,不会出现进水现象等造成的电气故障。
如图10a所示,分析机箱5的底部设置有电缆接口和信号接口,在前面板上安装有工控机5的显示屏。参考图10b和图10c所示,分析机箱5通过锁扣和锁链闭合安装。
如图11所示,分析机箱5背板的最上层为PLC控制部分,中层为电气模块部分,下层为接线端子部分。图12显示了PLC、24V直流电、工控机插座和面板插座的电气连接线路。从图12中可以看出,电气控制部分采用空气开关对各个带电部件进行单独控制。
如图13所示,在分析机箱5上设置有运行维护按钮和吹扫按钮,其中,运行维护按钮和吹扫按钮均连接有指示灯和自锁模块,这种带有指示灯和自锁的按钮,具有指示清晰,且在进行维护时,操作简单方便的特点。
图14和图15示出了工控机4与粉尘仪1、温压流探头2、吹扫箱3和分析机箱5的相关模块接线图。图16至图18示出了工控机4与粉尘仪1、温压流探头2、吹扫箱3和分析机箱5的相关端子接线图。
本发明实施例的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,通过PLC控制二级控制阀自动实现吹扫,可以使得整个系统长时间稳定运行。并且,本发明通过工控机依据温度、粉尘浓度、压力、流速等对粉尘实际排放量进行统计和计算。并且提供数据采集处理软件用户界面,方便工作操作人员进行操作。此外,本发明的吹扫箱和内置工控机的分析机箱采用室内壁挂式安装,降低了进水导致的电气故障概率,机箱防护等级可达IP65标准,可用于大多数工业环境。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。
Claims (10)
1.一种带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,包括:
粉尘仪,用于监测环境中烟气的粉尘浓度并测得粉尘浓度值;
温压流探头,包括温度计、压力计、流速计和公共探头,所述温度计、压力计、流速计均与所述公共探头相连,并分别通过所述公共探头探测对应信号,其中,所述温度计用于通过所述公共探头监测环境中烟气的温度并生成温度信号,所述压力计用于通过所述公共探头监测环境中烟气的压力并生成压力信号,所述流速计包括S型皮托管和差压变送器,用于通过所述公共探头监测环境中烟气的差压并生成差压信号;
吹扫箱,所述吹扫箱安装于所述S型皮托管和差压变送器中间,用于采用压缩空气对所述粉尘仪进行不间断吹扫,对所述S型皮托管进行间歇式吹扫;
工控机,所述工控机与所述粉尘仪、所述温压流探头和所述吹扫箱相连,用于对所述温度信号和压力信号进行A/D转换以生成对应的温度值和压力值,并根据所述差压信号获取对应的流速值,以及根据所述粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值计算环境中烟气的粉尘排放量;
分析机箱,所工控机安装于所述分析机箱内。
2.如权利要求1所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述压力计采用压力变送器。
3.如权利要求1所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述吹扫箱包括:
一级控制电磁阀,所述一级控制电磁阀与吹扫箱总阀和粉尘仪反吹阀相连,压缩空气通过吹扫箱总阀进入吹扫箱,并进一步通过粉尘仪反吹阀向所述粉尘仪不间断吹扫;
第一和第二二级控制电磁阀,所述第一二级控制电磁阀和第二二级控制电磁阀并联连接,所述第一和第二二级控制电磁阀的一个入口分别与所述一级控制电磁阀相连,所述第一二级控制电磁阀的另一个入口与所述差压变送器的负极端相连,所述第二二级控制电磁阀的另一个入口与所述差压变送器的正极端相连,且第一和第二二级控制电磁阀的出口与所述S型皮托管相连,用于控制压缩空气和吹扫切换。
4.如权利要求3所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述一级控制电磁阀为常闭电磁阀,所述第一和第二二级控制电磁阀为两位三通电磁阀。
5.如权利要求1所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述吹扫箱的底部设置有压缩空气进气口、电缆进线孔和粉尘仪吹扫口,其中所述粉尘仪吹扫口正对所述粉尘仪以对所述粉尘仪进行不间断吹扫;
所述吹扫箱的侧面设置有皮托管正压孔和皮托管被压孔以连接至S型皮托管,并且所述吹扫箱的侧面进一步设置有差压变送器正极端和差压变送器负极端以连接至差压变送器。
6.如权利要求1所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述工控机根据所述粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值计算环境中烟气的粉尘排放量,包括:
S1,根据所述差压信号获取断面的一个固定点或测定线上的湿排气平均流速,根据所述湿排气平均流速和预设速度场系数Kv计算烟气平均流速
S2,根据所述温度值和压力值计算标准状态下干烟气流量Qsn,
其中,Qs为实际工况下湿烟气流量,Ba为压力值,Ps为测量得到的烟气静压值,ts为温度值,Xsw为测量得到的烟气中含湿量;
S3,根据所述粉尘浓度值和所述标准状态下干烟气流量Qsn计算每小时粉尘排放率G,
其中,C'为粉尘浓度值;
S4,根据所述每小时粉尘排放率G计算粉尘的日排放量Gd,
7.如权利要求1所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述工控机还用于存储所述粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值,并生成粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值实时曲线。
8.如权利要求1所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述工控机还包括显示屏,所述显示屏安装于所述分析机箱的前面板上,用于显示粉尘浓度值、温度值、压力值和流速值的实时数据和实时曲线,并提供用户对历史数据和历史曲线的查询。
9.如权利要求1所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述吹扫箱和所述分析机箱采用壁挂式安装。
10.如权利要求1或9所述的带自动吹扫的粉尘连续在线监测系统,其特征在于,所述分析机箱上设置有运行维护按钮和吹扫按钮,其中,所述运行维护按钮和所述吹扫按钮均连接有指示灯和自锁模块。
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